Биологическая классификация элементов

15 Июня в 19:57 5544 0


При описании элементов табличные данные процитированы в основном по Д. Эмсли (1993), особенности элементов но группам и периодам — по К).А. Ершову, Т.В. Плетеиевой (1989), М. Фримантл (1991), Я. Кольман, К.Г. Рем (2000), К. Хаускрофт, Э. Констебл (2002), Н. Гринвуд, А. Эрншо (2008). В приложении приведена таблица важнейших заболеваний, синдромов дефицита и избытка микроэлементов у человека и у некоторых животных по А.П. Авцыну и др. (1991).

В природе встречается 81 химический элемент. Живая материя состоит в основном из нескольких легко определяемых элементов, часто называемых «макроэлементами», поскольку в организме они содержатся в количестве от сотых долей процента и больше. Почти 99% веса тела всех живых организмов составляют всего 4 элемента: водород (Н), кислород (О), углерод (С), азот (N). Многие биомолекулы содержат также атомы серы (S), фосфора (Р) и хлора (Сl). Перечисленные элементы относятся к неметаллам. Помимо них, в составе живой материи имеются металлы — щелочные (натрий — Na и калий — К) и щелочноземельные (кальций — Са и магний — Mg). Эти 11 элементов называют также «органогенами» (Петрянов-Соколов, 1977).

Кроме того, в организме обязательно содержатся и другие элементы, главным образом переходные металлы (марганец — Мп, железо — Fe, кобальт — Со, медь — Си, цинк — Zn, хром — Сr, молибден — Мо), а также неметаллы (селен — Se, йод — I, кремний — Si, фтор — F). По той же логике их называют «микроэлементами» (МЭ). Содержание каждого МЭ не превышает 10-12%, причем даже в следовых количествах (до 10-12 %) они необходимы для нормального обмена веществ («эссенциалъные» элементы), поскольку без них живая клетка не может синтезировать жизненно важные ферменты.

Остальные элементы таблицы Менделеева не относят к эссенциальным для живых организмов, хотя они также оказывают на процессы обмена веществ то или иное воздействие. Условно их подразделяют на «полезные» (ванадий — V, хром — Сr, никель — М, бор — В), «условно-эссенциалъные» (литий — Li, кремний — Si, фтор — F, бром — Вr), «токсичные» (алюминий — А1, мышьяк — As, кадмий — Cd, ртуть — Hg, свинец — Рb, таллий — Tl), «условно-токсичные» (стронций — Sr, барий - Ва, олово — Sn, вольфрам — W) элементы.

Неорганические элементы вовлечены во все жизненные процессы, включая балансировку электрических зарядов и поддержание электролитного гомеостаза, структурирование компонентов всех веществ в метаболизме, передачу сигналов, поддержание кислотно-щелочного равновесия и катализа, перенос электронов и групп (например, СН3, О, S), окислительно-восстановительный катализ, аккумулирование энергии и биоминерализацию (Bertini et al, 2007).

Избыток или дефицит элементов, независимо от степени их необходимости, приводят к различным нарушениям обмена, в некоторых случаях вызывающим заболевания. Причем, когда заболевание развилось, прием или элиминация соответствующего элемента с нормализацией его уровня не всегда приводит к выздоровлению.

Для обозначения металлов, относящихся к микроэлементам, довольно широко применяют термин «тяжелые металлы» (ТМ). Обычно так называют металлы с относительной атомной массой более 23 и с атомным номером более 11 (Na). Однако в биохимических процессах участвуют также металлы с атомными номерами 3 и 4 (Li, Be) и относительной атомной массой, соответственно, 6,9 и 9,0, и их также описывают этим термином.

В природе атомы металлов стремятся достичь устойчивой электронной конфигурации путем или приобретения, или передачи электронов окружающим атомам других элементов. Поэтому предметом бионеорганики оказываются также элементы, способные в химических реакциях обмениваться своими электронами с атомами металлов: неметаллы (С, N, О, Р, S, Se, галогены) и полуметаллы (В, Si, Ge, As, Те).

Следовательно, бионеорганика исследует практически все элементы таблицы Менделеева, за исключением только инертных газов из VIIIA подгруппы (18 группа). Возможно, это ограничение временное и обусловлено недостатком знаний об этих элементах. Можно сказать, что частная элементология является составной частью бионеорганики.

Не менее важны исследования лигандов, особенно тех, которые образуют с металлами хелатные соединения (от лат. «hela» = «клешня»). Примером хелатов могут служить металлопротеины: церулоплазмин, трансферрин, ферритин и металлосодержащие ферменты, генные структуры, цитохромы, гем, гемоцианин, хлорофилл, кобаламин и т.п.

Хелаты играют ключевую роль в метаболизме и металлов, и органических фрагментов сложных молекул в организме. Органические молекулы изучают обычно в рамках основных биохимических дисциплин. Исследования в бионеорганике отличаются тем, что основным объектом изучения оказываются элелементоорганические, преимущественно оптически активные («хиралъные») молекулы, образующие хелатные соединения с металлами и в физиологических условиях обеспечивающие в живых организмах металл-лигандный гомеостаз (МЛГ).

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Похожие статьи
  • 20.07.2012 74441 44
    Типы химических связей

    Каждый атом обладает некоторым числом электронов. Вступая в химические реакции, атомы отдают, приобретают, либо обобществляют электроны, достигая наиболее устойчивой электронной конфигурации. Наиболее устойчивой оказывается конфигурация с наиболее низкой энергией (как в атомах благородных газов&...

    Бионеорганика
  • 21.07.2012 19404 16
    Ионные насосы

    Ионными насосами называют молекулярные механизмы, локализованные в мембране и способные транспортировать вещества за счет энергии, высвобождаемой при расщеплении АТФ, или любого другого вида энергии.

    Бионеорганика
  • 19.06.2012 17249 20
    1 группа (1А подгруппа) — щелочные металлы (главная группа)

    В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.

    Бионеорганика
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы